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随着称重仪表的应用普及, 人们对其主要技术性能及基本控制功能更加深入了解, 对其质量要求不断提高, 其检测也就显得十分必要。依据国家计量检定规程JJG649- 1990 数字称重仪表和GB/T7724- 2008 电子称重仪表对各类称重仪表进行型式评价试验和计量性能检测, 在试验过程中所使用标准检验仪器的合理性、检测方法的正确性及检验规则的逻辑性等都会直接影响到显示器的技术指标。本文将选用信号模拟器作标准信号装置来检测称重仪表的方法与传统检测法相比较, 进行以下讨论。
1 称重仪表的概述
称重仪表、称重传感器和秤台是电子衡器的三大组成部分。其中称重仪表的主要作用是通过称重传感器, 测量出秤台上被称重物的质量, 并将其转换成数字信号显示出来。随着微电子技术的进步, 称重仪表获得了飞快发展, 现多为数字式称重仪表。它不仅能将被称物的质量值迅速、准确地变成简单易读的数字形式, 而且能完成置零、零点跟踪、去皮、自检、校验等多种控制功能。
2 称重仪表的基本特点
称重仪表内设激励电源, 绝大多数为直流稳压电源, 一般为( 5~ 20)V 左右, 未经标准电压校准; 内分辨力远高于外显分度值, 最低不小于4 倍; 激励电源输出电流为200mA 左右, 能同时满足6- 8 只传感器并联使用, 采取四线接法, 以减少传输损耗, 保证传感器供桥电压稳定; 以kg、t 等质量单位来标度; 分度值按1、2、5 形式来显示; 4 个准确度等级与非自动衡器的相对应; 误差不大于相应衡器的二分之一允差等。
3 显示器的结构原理
数显式称重仪表( 以下简称显示器) 的品种很多,目前多以电阻式称重传感器为服务对象, 为它们提供桥路, 取传感器输出电压信号( 最常见的是几至几十毫伏的模拟电压) , 经放大滤波、A/ D 转换、运算处理等环节, 最后显示出结果。这种模式是当前显示器的主要类型( 如图1 是显示器的原理框图) 。在额定载荷下, 传感器输出电压信号大小与供桥电压数值严格成比例关系, 这就是所说的输出灵敏度, 一般用mV/ V 来表示。显示器就是采用电压比例测量, 即: 在显示器中, 将部分桥压作为A/D 转换器的参考基准, 而输人A/ D 转换器的放大的传感器电压信号就同它相比较。若桥压增大, 则放大的电压信号也随之增大; 反之, 两者都变小, 当称重传感器施加压力不变时, 保持相互比值恒定不变。电压比法测量可以消除和克服激励电源提供的电压不稳定所带来的不良后果, 同时由于不需要作稳压检测降低了显示器的造价成本。
4 称重仪表的检测方法
在衡器制造计量器具许可证考核必备条件中有提到, 6 位半以上数字电压表( 准确度优于1V) 和标准信号源( 准确度优于001%) 是必备的检测设备, 于是很多技术人员误认为应该选用标准电压源法( 标准源+ 数字电压表, 如图2 为电位差计法原理框图) 和电位差计法( 电位差计+ 数字电压表, 如图3 为电位差计法原理框图) 进行显示器的检测。其实这两种检测法的测量特点和原理都存在着缺陷: 称重仪表分辨力非常高, 1d 代表的电压在V 量级, 激励电压短期稳定度远高于该量级, 称重仪表和数字电压表读数不可能完全同步, 读数过程的变化远高于V 量级, 导致测量出的比值不是真实值, 测量出显示器误差并不真实。
与以往的标准电压源、电位差计、传感器等检测方法相比, 用信号模拟器作标准装置检测显示器具有以下特点:
4．1 自身带有输入回路
与标准电压源法和电位差计法不同, 信号模拟器自身带有输入回路, 因此不需要数字电压表作监测仪表, 也避免了数字电压表传递环节产生的误差; 标准传感器法虽然也不需要外加监测仪表, 但其精度偏低, 若要达到高精度, 还需要考虑侧向力附加影响。
4．2 性价比高
标准电压源最早是为了满足数字电压表检测或校准才发展起来的, 它们的输出电压范围很宽, 上至1000V,下至001V, 设备昂贵, 一台近万元; 而显示器所需的输入电压信号在几十毫伏的范围上, 如果用稳压源来为其提供输入电压信号, 其资源未得到充分利用, 同时相对精度也不高。电位差计虽然较标准电压源便宜, 通常在几千元, 但其主要是用于校准或检测直流电压的, 还需要外加标准电池、检流计等辅助电源, 为了保障供压稳定, 就需要选取大容量的辅助电源( 其额定电流应该达到上千倍工作电流) 。如果采用信号模拟器就相对经济实惠的多, 随着电子技术的快速发展, 现在一台也就千元左右,且不需要其它辅助设备。
4．3 工作参数与显示器匹配
显示器为传感器提供的电阻桥路可视为一个无源四端网络, 它内设激励电源, 自身带有输入回路、输出回路及相应的电阻。信号模拟器正是采用专门设计的电阻网络代替了传感器电阻应变式桥路, 两者的输入电阻、输出电阻及回路状态等效一致, 保持了检测和使用情况相符合, 从而保证了检测精度。这是标准电压源和电位差计两种检测方法所不具备的。标准传感器法的最大优点倒是与显示器的实际使用情况相符, 依靠力传感器的力电转换精密关系获得的, 但其造价高, 配备一台同样需要花费近万元。
4．4 噪声小、稳定性高
信号模拟器的电阻网络特殊制作, 具有对称性好, 抗干扰能力强, 纹波噪声小等优点。与之相比, 标准电压源法、电位差计法及标准传感器法都需要在恒温室内进行,且检测程序繁复, 易受外界干扰。
4．5 操作简单、使用便捷、无需恒温
标准传感器是通过力电转换一一对应关系来检测显示器的, 虽然其输出端与显示器可直接连接, 无需外加监测仪表, 但为了控制准确的力值, 需要人工加卸载荷, 且与标准电压源法和电位差计法一样, 都需要在恒温室内进行, 费时费力, 工作效率低。而信号模拟器体积小、便于携带, 且标识清楚, 接通后, 只需通过轻转旋钮即可进行操作试验, 完成检测工作, 操作简单, 工作效率高。
4．6 整机检测, 采用电压比法测量
如上面所提到的, 显示器采用电压比例测量, 因此在对其检测时, 用与其同样电阻网络设计的信号模拟器来检测, 可以实现电压比例测量, 其负载阻抗稳定, 满足显示器的要求, 而无需对显示器内部的激励电压进行稳压校准, 这是信号模拟器法检测显示器的最显著也是最重要的特点。但标准电压源法和电位差计法中, 其输入电压信号与显示器内部基准电压是不相关的, 人为地采取将显示器的输入电压与输出电压分开测量, 然后再综合评比的方法, 这是非常不严谨的。
5 结束语
随着电子技术的不断发展, 数字式称重仪表的应用将更加普及, 技术指标越来越高, 采用信号模拟器法对显示器进行检测, 简单便捷, 精度高, 稳定性好, 是应该推荐开来的科学合理的检测方法。
参考文献
[1] JJG649- 1990 数字称重仪表( 试行) .
[2] GB/T7724- 2008 电子称重仪表 .
[3] 鲁新光. 关于国家标准称重显示控制器 (GB/T7724- 1999) 的几点改进建议. 衡器 , 2008( 1) .